微生物燃料电池设计Word
微生物燃料电池毕业设计论文
微生物燃料电池毕业论文目录A BSTRACT .................................................. 错误!未定义书签。
第一章．文献综述 (1)1.1能源发展与环境问题 (1)1.2微生物燃料电池 (1)1.2.1 微生物燃料电池的工作原理 (1)1.3微藻型微生物燃料电池 (2)1.3.1 微藻阳极底物型MFC (3)1.3.2微藻生物阳极型MFC (3)1.3.3微藻生物阴极型MFC (5)1.4微生物燃料电池的应用前景 (5)1.5本课题研究容，目的及意义 (6)1.5.1本课题研究目的及意义 (6)1.5.2 本课题的主要研究容 (6)第二章实验材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1主要试剂及仪器 (7)2.1.2实验装置 (8)2.2实验方法 (9)2.2.1 MFC的接种及启动运行 (9)2.2.2 MFC运行条件 (11)2.2.3 测定指标及方法 (12)2.2.4 实验材料处理方法 (12)2.2.5实验容 (12)第三章结果与讨论 (14)3.1各周期输出电压的情况 (14)3.2各周期阴极藻的生长情况 (15)3.3各周期阳极人工废水的COD处理情况 (16)3.4各周期阴极溶氧的变化情况 (17)第四章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.2展望 (21)参考文献 (22)第一章．文献综述1.1能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。
20世纪50年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。
世界能源危机是人为造成的能源短缺。
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。
社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。
最新微生物燃料电池设计3027407
微生物燃料电池设计3027407摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell，MFC）能够在处理污水的同时将污水中蕴含的化学能转化为电能，是一种低能耗的水处理技术，近年来成为环境领域的研究热点。
目前制约 MFC 实际应用的主要因素是成本过高和产电性能偏低。
由于电极成本在 MFC 总成本中所占比例最大，同时电极性能也是决定 MFC 性能的关键，因此降低电极成本和优化电极性能对于 MFC 的实用化具有重要意义。
本文以推进 MFC 实用化为目标，筛选用于阳极和生物阴极的廉价填料型电极材料，通过电极材料特性和构型的优化提高其产电性能，并将其应用于放大的 MFC 装置。
本研究选择廉价的半焦和活性炭与传统的石墨和碳毡电极材料进行产电性能对比。
用于阳极时，活性炭产电性能最好，半焦较差。
导电性过低是限制半焦阳极性能的主要因素。
并分析了不同阳极材料表面的产电微生物、产电过程、产电机理和产电能力的区别。
本文可为MFC阳极材料优化、产电微生物的富集、MFC构型改造等组合提供思路，其中着重讨论的不同阳极材料对微生物燃料电池的产电性能影响的相关内容，可为筛选廉价、产电效率高的阳极材料，推动微生物燃料电池实用化提供参考。
关键词：微生物燃料电池；产电微生物；阳极材料；产电性能；成本；大型化AbstractMicrobial fuel cell (MFC) is a low energy-consuming water treatment technology which can purify wastewater and simultaneouslyconvert its chemicalenergy.Inrecentyears, ithasbe comeonehottopicint the environment field. The practical application of MFC shasbeen limited.Due to high costsand lowyield sofpower generation.The electrode is the largest contribu. Tortotota lcost of MFC and the key componentinde ciding the MFC performance. Thuselectrode costreduction and electrode performance optimization both have great. Significance onpractical application of MFC. To push forward the practical application of MFC, inthisdissertation low costpackedelectrode materialsforanodeandbio-cathodewere selected,and the performance of electrode wasimprovedby optimizing electrode characteristics and configuration. Then the optimized electrode wasused in a largescale MFC. Inexpensivesemicoke and activated carbon were used aselectrode materials and compared with conventional materials graphite and carbon felt. When used in anode, activated carbon performed best, but semicoke had poor power generation performance. The extremely low conductivity of semicoke is the main limitation for the low performance of semicoke anode. to analyze different anode material on the surface of the electricigens, electricity production process, electricity generation and electricity generation capacity difference, as MFC anode materials optimization, microbial enrichment, MFC configuration transformation and the combination of ideas, discussed the different anode materials on microbial fuel cell power generation performance influence, from the screening report of production of high efficiency of anode materials, to promote the development of related research in microbial fuel cell.Key wordsMicrobial fuel cell; Electrogenesis microorganism; Anode materials ; Electricity production performance；degression;practical目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................. I I 目录 .. (1)第1章绪论 (2)1.1研究背景和意义 (2)1.2微生物燃料电池 (4)1.2.1基本原理和分类 (4)1.2.2微生物燃料电池的关键问题 (6)1.2.3微生物燃料电池的发展方向 (9)1.3 电极材料及构型 (10)1.3.1 MFC电极研究展望 (11)1.3.2成本降低 (11)1.4研究目的与内容 (13)1.4.1研究目的 (13)1.4.2研究内容 (13)第2章实验材料与方法 (16)2.1 MFC的实验药品和实验仪器 (16)2.1.1实验药品 (16)2.1.2实验仪器 (16)2.2 阳极材料筛选 (17)2.2.1产电性能 (17)2.2.2 经济性评价 (18)2.2.3微藻燃料电池的实用化研究 (19)结论 (20)参考文献 (22)致谢 (23)第1章绪论1.1研究背景和意义21世纪是绿色的世纪，可持续发展的世纪，然而随着人类智力的提升，科学技术不断的革新，环境问题成为严重制约人类社会发展的因素。
微生物二代燃料电池的设计与性能优化
微生物二代燃料电池的设计与性能优化微生物二代燃料电池是一种利用微生物代谢产生的电流来产生电能的装置。
与传统化石燃料发电相比，微生物二代燃料电池具有更高的可持续性和更小的环境影响。
本文将探讨微生物二代燃料电池的设计原理、性能优化和未来发展方向。
微生物二代燃料电池的原理是利用微生物的代谢活动将有机物质氧化成电子和离子，并通过电化学反应将这些电荷转化为电流。
这种电流可以用于供电设备或储存起来以备将来使用。
微生物二代燃料电池一般由两个电极（阳极和阴极）、电解质和微生物生物膜组成。
阳极上的微生物通过氧化有机物质释放电子和质子，而阴极上的电子和质子结合氧气形成水。
这种微生物代谢产生的电子流就是通过外界电路传输的电流。
在设计微生物二代燃料电池时，关键的因素之一是选择合适的微生物生物膜。
微生物生物膜中的细菌或真菌在阳极表面形成生物膜，通过其代谢产生的酶将有机物质氧化成电子和质子。
常用的微生物包括但不限于葡萄糖酸盐还原菌、硝酸盐还原菌和甲烷氧化菌等。
选择合适的微生物可以提高微生物二代燃料电池的性能。
另一个关键因素是电极材料的选择。
阳极应具有较高的导电性和较大的比表面积，以便提供足够的接触面积供微生物附着和代谢。
常用的电极材料包括碳纳米管、导电聚合物和金属催化剂等。
阴极应具有良好的氧气还原反应活性，以便有效地结合电子和质子形成水。
传统的氧还原反应常使用贵金属催化剂，但近年来也出现了使用非贵金属催化剂的研究，以降低成本和环境影响。
除了微生物和电极材料的选择，电解质的选择也很重要。
电解质应具有较高的离子导电性和较低的电阻，以便电子和离子能够自由地在阳极和阴极之间传输。
常用的电解质包括但不限于盐桥、离子交换膜和固态电解质等。
选择合适的电解质可以提高微生物二代燃料电池的效率和稳定性。
性能优化是微生物二代燃料电池研究的重要方向之一。
通过优化微生物、电极材料和电解质的性能，可以提高微生物二代燃料电池的电流密度和能量转化效率。
一种常见的性能优化方法是改进阳极和阴极的结构设计，以增大有效表面积和改善质子和氧气的传输。
微生物燃料电池的设计与性能分析
微生物燃料电池的设计与性能分析微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell, MFC）是利用微生物催化作用将有机质转化为电能的一种新型生物能源技术。
与传统燃料电池相比，MFC在能源转化效率和环境适应性等方面具有更大的潜力。
本文将结合实际案例，介绍MFC的设计原理和性能分析方法。
一、MFC的设计原理MFC的基本设计原理是将微生物催化剂与电极材料置于合适的生物反应器中，利用微生物在催化有机物降解过程中的电转换作用，将有机物质转化为电能。
MFC主要包括阳极、阴极和离子交换膜等组成，通过阳极上有机物质的降解，产生质子和电子，并将电子通过外部电路传输至阴极。
在阴极上，电子与氧气还原生成水，并释放出能量，从而实现电能转换。
具体来说，MFC的设计原理主要由以下3部分组成：（1）阳极：阳极是MFC中能量转化的关键部分，也是微生物催化剂的定位点。
阳极材料对MFC的性能影响非常大，通常采用具有高比表面积以及良好导电性的材料，如碳纳米管、碳纤维等。
此外，阳极质地对微生物附着也是至关重要的，当阳极表面结构过粗糙或过光滑时，都会影响到微生物的定植，进而影响到电流输出。
（2）微生物催化剂：微生物催化剂是MFC的核心部分，是通过其催化有机物质转化为电能的过程实现电能转换的。
微生物的种类和数量对MFC的性能同样具有重要影响，一般选择好的细菌或真菌作为催化剂，具有较快的电子转换速度和较高的能量转化效率。
（3）离子交换膜：离子交换膜是MFC中阴极和阳极之间的隔膜，主要用于离子传输和防止微生物漂移。
合适的离子交换膜能降低电流输出内阻，提高MFC的输出效率。
以上是MFC的设计原理，根据具体需求和实际情况，可进行不同程度的设计和改进。
二、MFC的性能分析方法MFC的性能分析是MFC研究中非常重要的一部分，其主要目的是评估MFC性能，并通过不同实验手段探究MFC性能的提升方式。
（1）发电性能分析：发电性能是最基本的MFC性能参数之一，通常通过测量MFC输出电压、输出电流等电学参数来评估MFC的发电性能。
微生物燃料电池毕业设计论文
微生物燃料电池毕业论文目录A BSTRACT .................................................. 错误!未定义书签。
第一章．文献综述 (1)1.1能源发展与环境问题 (1)1.2微生物燃料电池 (1)1.2.1 微生物燃料电池的工作原理 (1)1.3微藻型微生物燃料电池 (2)1.3.1 微藻阳极底物型MFC (3)1.3.2微藻生物阳极型MFC (3)1.3.3微藻生物阴极型MFC (5)1.4微生物燃料电池的应用前景 (5)1.5本课题研究容，目的及意义 (6)1.5.1本课题研究目的及意义 (6)1.5.2 本课题的主要研究容 (6)第二章实验材料与方法 (7)2.1实验材料 (7)2.1.1主要试剂及仪器 (7)2.1.2实验装置 (8)2.2实验方法 (9)2.2.1 MFC的接种及启动运行 (9)2.2.2 MFC运行条件 (11)2.2.3 测定指标及方法 (12)2.2.4 实验材料处理方法 (12)2.2.5实验容 (12)第三章结果与讨论 (14)3.1各周期输出电压的情况 (14)3.2各周期阴极藻的生长情况 (15)3.3各周期阳极人工废水的COD处理情况 (16)3.4各周期阴极溶氧的变化情况 (17)第四章结论与展望 (20)4.1结论 (20)4.2展望 (21)参考文献 (22)第一章．文献综述1.1能源发展与环境问题能源是人类赖以生存的物质基础，它与社会经济的发展和人类的生活息息相关，开发和利用能源资源始终贯穿于社会文明发展的整个过程。
20世纪50年代以后石油危机的爆发，对世界经济造成了巨大影响，国际舆论开始关注起世界“能源危机”问题。
世界能源危机是人为造成的能源短缺。
联合国环境署的报告表明，整个地球的环境正在全面恶化，环境问题是一个全球性问题。
社会发展至今天，人类己经强烈地意识到和感受到生存环境所受的威胁，也热切地期盼着生活空间质量的改善。
微生物燃料电池的设计与性能优化
微生物燃料电池的设计与性能优化第一章引言微生物燃料电池（Microbial Fuel Cell，MFC）是一种利用微生物代谢产生乙酸等有机物进行能量转换的设备。
与传统燃料电池不同，MFC利用微生物的电活性将化学能直接转化为电能，具有环保、可持续的特点。
本文将就微生物燃料电池的设计和性能优化进行探讨。
第二章微生物燃料电池设计原理2.1 微生物燃料电池构造微生物燃料电池的基本构造包括阳极、阴极、电解质介质和微生物。
阳极是微生物代谢反应发生的场所，阴极则是氧还原反应发生的场所。
电解质介质是阳极和阴极之间的离子传递媒介，而微生物则是实现电活性的关键因素。
2.2 微生物燃料电池工作原理微生物燃料电池的工作过程可以分为两个部分：微生物代谢反应和氧还原反应。
微生物通过无氧代谢分解可降解有机物，产生电子和质子。
电子经由阳极途径外部电路流向阴极，同时质子通过电解质介质流向阴极，与氧发生还原反应，生成水。
整个过程中，有机物转化为电能。
第三章微生物燃料电池性能优化3.1 电子传递途径优化为了提高微生物燃料电池的性能，需要优化电子的传递途径。
可以通过两种方法来实现：一是采用导电纳米材料修饰阳极表面，提高电子传递效率；二是通过改变阳极的物理结构，增加电子传递的通道。
例如，采用碳纳米管、导电聚合物等修饰阳极表面，可以增加阳极的电导率，从而提高电子传递效率。
3.2 电极材料优化电极材料的选择对微生物燃料电池的性能有着重要的影响。
一种常用的电极材料是碳纳米管，其导电性和化学稳定性良好。
另外，金属氧化物和导电聚合物等材料也逐渐应用于微生物燃料电池中。
通过优化电极材料的选择和制备工艺，可以提高微生物燃料电池的性能。
3.3 微生物选择和调控微生物是微生物燃料电池中不可或缺的组成部分。
通过选择高电活性的微生物菌株，可以提高微生物燃料电池的性能。
同时，控制微生物的代谢过程和环境条件，如温度、pH值等，也可以调节微生物燃料电池的性能。
因此，在微生物的选择和调控方面进行深入的研究，对于提高微生物燃料电池的性能具有重要意义。
微生物燃料电池的优化设计与研究
微生物燃料电池的优化设计与研究微生物燃料电池是一种新型的清洁能源转换技术，能够将有机废弃物、废水等生物质材料转化为电能，与传统化石能源相比，微生物燃料电池具有环保、可再生、低成本等优点。
但是现阶段微生物燃料电池的能量密度、稳定性和效率等仍有待进一步提高和优化，本文主要讨论微生物燃料电池的优化设计与研究。
一、微生物燃料电池的基本原理微生物燃料电池是利用微生物代谢产生电流的一种技术，其基本原理是利用微生物在特定条件下进行有机物氧化还原反应，产生电子，进而通过电极将电荷转移形成电流。
微生物燃料电池的核心部件主要包括阴阳极、电解质和微生物质。
二、微生物燃料电池的优化设计与研究（一）微生物质的筛选与改良随着对微生物燃料电池的研究不断深入，微生物的选择以及改良也成为研究的关键之一。
目前，已经有许多研究人员通过筛选出高效微生物并通过时间进化等方式对微生物进行了改良。
（二）电极材料的选择与表面改性在微生物燃料电池中，电极材料起着极为重要的作用，它不仅能影响反应速率和机理，还直接关系到产生的电能效率。
因此，选择合适的电极材料，并对其表面进行改性是提高微生物燃料电池的效率的重要手段之一。
目前，常用的电极材料包括碳材料、金属材料和氧化物材料等。
（三）电解质的选取和桥接电解质是微生物燃料电池中作为导电媒介的重要组成部分，其选取和桥接直接影响着微生物燃料电池的性能。
例如，在微生物燃料电池中，常用的电解质包括磷酸盐缓冲液、钙盐和有机盐等。
（四）微生物燃料电池的运行条件微生物燃料电池的运行条件也极为重要，其不仅是影响微生物代谢活性和电荷转移的关键因素，也是提高微生物燃料电池性能的关键点。
常见的微生物燃料电池运行条件包括温度、pH值、电流密度、氧气供应等。
三、微生物燃料电池的应用前景微生物燃料电池具有广泛的应用前景，它能够对不同类型的有机废弃物和废水进行转化利用，为环保事业和清洁能源的发展做出重要贡献。
未来，微生物燃料电池技术将被广泛应用于生活垃圾和工业废水等处理领域，从而解决环境污染问题，并带来可再生、低成本的能源生产方式。
一种双阴极微生物燃料电池
一种双阴极微生物燃料电池双阴极微生物燃料电池是一种新型的生物能源转化技术，利用微生物的代谢活动将有机物质转化为电能。
与传统的微生物燃料电池相比，双阴极微生物燃料电池具有更高的能量转化效率和更稳定的电流输出。
双阴极微生物燃料电池由两个阴极和一个阳极组成。
阴极是电子接受体，阳极是电子供应体。
微生物在阳极上通过氧化有机物质产生电子，并通过外部电路流向阴极。
双阴极则可以提高阳极上微生物的代谢效率，增加产电效果。
双阴极微生物燃料电池的工作过程可以分为两个阶段：阳极反应和阴极反应。
在阳极反应中，微生物通过代谢有机物质产生电子，并通过外部电路流向阴极。
同时，阳极上的氧化反应也产生氢离子，使阳极保持酸性环境。
在阴极反应中，氧气作为电子的最终受体，在阴极上与电子结合生成水。
由于双阴极微生物燃料电池同时具有两个阴极，可以有效提高阳极上微生物的代谢效率。
双阴极的设计使得阳极上的微生物能够更充分地利用有机物质产生电子，从而增加了电流输出。
与传统的单阴极微生物燃料电池相比，双阴极微生物燃料电池具有更高的能量转化效率和更稳定的电流输出。
双阴极微生物燃料电池的应用前景广阔。
它可以用于废水处理、生物传感器、可穿戴设备等领域。
在废水处理中，双阴极微生物燃料电池可以将废水中的有机物质转化为电能，同时还可以去除废水中的有害物质，起到净化水质的作用。
在生物传感器中，双阴极微生物燃料电池可以作为能源供应器，为传感器提供稳定的电力。
在可穿戴设备中，双阴极微生物燃料电池可以将人体代谢产生的有机物质转化为电能，为可穿戴设备提供持久的电力。
双阴极微生物燃料电池的发展还面临一些挑战。
首先，阳极上的微生物种类和数量对电池性能有重要影响，如何选择和培养高效的微生物是一个关键问题。
其次，阳极上的有机物质浓度和质量也会影响电池的产能和稳定性，需要进行进一步的研究和优化。
此外，阴极上的氧气供应也需要得到充分保证，以确保阴极反应的顺利进行。
总的来说，双阴极微生物燃料电池是一种有潜力的生物能源转化技术。
微生物燃料电池研究论文
微生物燃料电池研究论文微生物燃料电池（MFCs）提供了从可生物降解的、还原的化合物中维持能量产生的新机会。
MFCs可以利用不同的碳水化合物，同时也可以利用废水中含有的各种复杂物质。
关于它所涉及的能量代谢过程，以及细菌利用阳极作为电子受体的本质，目前都只有极其有限的信息；还没有建立关于其中电子传递机制的清晰理论。
倘若要优化并完整的发展MFCs的产能理论，这些知识都是必须的。
依据MFC工作的参数，细菌使用着不同的代谢通路。
这也决定了如何选择特定的微生物及其对应的不同的性能。
在此，我们将讨论细菌是如何使用阳极作为电子传递的受体，以及它们产能输出的能力。
对MFC技术的评价是在与目前其它的产能途径比较下作出的。
微生物燃料电池并不是新兴的东西，利用微生物作为电池中的催化剂这一概念从上个世纪70年代就已存在，并且使用微生物燃料电池处理家庭污水的设想也于1991年实现。
但是，经过提升能量输出的微生物燃料电池则是新生的，为这一事物的实际应用提供了可能的机会。
MFCs将可以被生物降解的物质中可利用的能量直接转化成为电能。
要达到这一目的，只需要使细菌从利用它的天然电子传递受体，例如氧或者氮，转化为利用不溶性的受体，比如MFC的阳极。
这一转换可以通过使用膜联组分或者可溶性电子穿梭体来实现。
然后电子经由一个电阻器流向阴极，在那里电子受体被还原。
与厌氧性消化作用相比，MFC能产生电流，并且生成了以二氧化碳为主的废气。
与现有的其它利用有机物产能的技术相比，MFCs具有操作上和功能上的优势。
首先它将底物直接转化为电能，保证了具有高的能量转化效率。
其次，不同于现有的所有生物能处理，MFCs在常温，甚至是低温的环境条件下都能够有效运作。
第三，MFC不需要进行废气处理，因为它所产生的废气的主要组分是二氧化碳，一般条件下不具有可再利用的能量。
第四，MFCs不需要能量输入，因为仅需通风就可以被动的补充阴极气体。
第五，在缺乏电力基础设施的局部地区，MFCs具有广泛应用的潜力，同时也扩大了用来满足我们对能源需求的燃料的多样性。
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摘要微生物燃料电池（Microbialfuelcell，MFC）能够在处理污水的同时将污水中蕴含的化学能转化为电能，是一种低能耗的水处理技术，近年来成为环境领域的研究热点。
目前制约 MFC 实际应用的主要因素是成本过高和产电性能偏低。
由于电极成本在 MFC 总成本中所占比例最大，同时电极性能也是决定 MFC 性能的关键，因此降低电极成本和优化电极性能对于 MFC 的实用化具有重要意义。
本文以推进 MFC 实用化为目标，筛选用于阳极和生物阴极的廉价填料型电极材料，通过电极材料特性和构型的优化提高其产电性能，并将其应用于放大的 MFC 装置。
本研究选择廉价的半焦和活性炭与传统的石墨和碳毡电极材料进行产电性能对比。
用于阳极时，活性炭产电性能最好，半焦较差。
导电性过低是限制半焦阳极性能的主要因素。
并分析了不同阳极材料表面的产电微生物、产电过程、产电机理和产电能力的区别。
本文可为MFC阳极材料优化、产电微生物的富集、MFC构型改造等组合提供思路，其中着重讨论的不同阳极材料对微生物燃料电池的产电性能影响的相关内容，可为筛选廉价、产电效率高的阳极材料，推动微生物燃料电池实用化提供参考。
关键词：微生物燃料电池；产电微生物；阳极材料；产电性能；成本；大型化AbstractMicrobial fuel cell (MFC) is a low energy-consuming water treatment technology which can purify wastewater and simultaneouslyconvert its chemical energy.Inrecentyears, ithasbe comeonehottopicint the environment field. The practical application of MFC shasbeen limited.Due to high costsand lowyield sofpower generation.The electrode is the largest contribu. Tortotota lcost of MFC and the key componentinde ciding the MFC performance. Thuselectrode costreduction and electrode performance optimization both have great. Significance onpractical application of MFC. To push forward the practical application of MFC, inthisdissertation low costpackedelectrode materialsforanodeandbio-cathodewere selected,and the performance of electrode wasimprovedby optimizing electrode characteristics and configuration. Then the optimized electrode wasused in a largescale MFC. Inexpensivesemicoke and activated carbon were used aselectrode materials and compared with conventional materials graphite and carbon felt. When used in anode, activated carbon performed best, but semicoke had poor power generation performance. The extremely low conductivity of semicoke is the main limitation for the low performance of semicoke anode.to analyze different anode material on the surface of the electricigens, electricity production process, electricity generation and electricity generation capacity difference, as MFC anode materials optimization, microbial enrichment, MFC configuration transformation and the combination of ideas, discussed the different anode materials on microbial fuel cell power generation performance influence, from the screening report of production of high efficiency of anode materials, to promote the development of related research in microbial fuel cell.Key wordsMicrobial fuel cell; Electrogenesis microorganism; Anode materials ; Electricity production performance；degression;practical目录摘要 (I)Abstract ............................................................ I I 目录 (1)第1章绪论 (2)1.1研究背景和意义 (2)1.2微生物燃料电池 (4)1.2.1基本原理和分类 (4)1.2.2微生物燃料电池的关键问题 (6)1.2.3微生物燃料电池的发展方向 (9)1.3 电极材料及构型 (10)1.3.1 MFC电极研究展望 (11)1.3.2成本降低 (12)1.4研究目的与内容 (13)1.4.1研究目的 (13)1.4.2研究内容 (13)第2章实验材料与方法 (16)2.1 MFC的实验药品和实验仪器 (16)2.1.1实验药品 (16)2.1.2实验仪器 (16)2.2 阳极材料筛选 (17)2.2.1产电性能 (17)2.2.2 经济性评价 (18)2.2.3微藻燃料电池的实用化研究 (19)结论 (21)参考文献 (23)致谢 (24)第1章绪论1.1研究背景和意义21世纪是绿色的世纪，可持续发展的世纪，然而随着人类智力的提升，科学技术不断的革新，环境问题成为严重制约人类社会发展的因素。
生态，环境，能源等问题已经被提上日程，但是重视力度仍然不够，尚需各国持续不断的共同努力。
当前，由于我国经济发展过程中的产业结构和布局不尽合理、污染防治水平较低、环境监管制度尚不完善等原因，经济的快速发展所带来的水污染问题日益突出。
《国家环境保护“十二五”规划》指出：“当前，我国环境状况总体恶化的趋势尚未得到根本遏制，环境矛盾凸显，压力继续加大。
一些重点流域、海域水污染严重，许多地区主要污染物排放量超过环境容量。
同时，随着人口总量持续增长，工业化、城镇化快速推进，能源消费总量不断上升，污染物产生量将继续增加，经济增长的环境约束日趋强化。
”为了改善水环境，该规划同时指出：“我国将在“十二五”期间加快县城和重点建制镇污水处理厂建设，到 2015 年，全国新增城镇污水管网约 16 万公里，新增污水日处理能力 4200 万吨，城市污水处理率达到 85%。
”在加大污水处理厂和管网建设的同时，污水处理厂的日常运转同样面临巨大的挑战。
首先，由于污水处理过程中需要消耗大量的电能，运行费用高，大量的污水处理厂由于经费问题未能正常运转。
随着我国对污水排放标准的提高，许多污水处理厂对工艺进行了升级改造，这势必造成吨水处理耗电量的增加，从而进一步提高运行成本。
其次，目前我国能源供应和碳减排的压力日益增加，同时随着我国污水处理量和处理深度的提高，污水处理的能耗在全社会总能耗中的比重逐渐增大。
以美国为例，水处理能耗占到了全社会总能耗的 1.5%（Logan, 2007）。
污水处理的高能耗势必进一步加重我国能源供应和温室气体排放的压力。
因此，开发高效、低能耗的水处理技术对于我国的水污染控制规划的顺利实施具有重要意义。
值得注意的是，污水中有大量的有机污染物，而这些有机污染物中蕴含有化学能。
根据研究者对污泥中热值的计算，每克 COD 中含有14.7kJ 的能量（ShizasandBagley, 2004）。
这使污水有望成为一种具开发价值的新型能源。
同时，污水的综合利用是实现“节能、减排”两个核心目标的有效途径，符合我国经济社会可持续发展的战略需求。
但是，在常规的污水好氧生物处理过程中，需要消耗大量的能量来降解这些有机物。
有机物中的能量只有一部分部分被转移至剩余污泥中。
目前，剩余污泥中的能量尚不能有效利用，同时污泥处置的高成本进一步加重了污水处理厂的运行负担。
厌氧生物处理工艺虽然污泥产率低，同时可以通过回收甲烷来获取一部分能量，但是不宜处理低浓度污水，出水水质相对较差，而且甲烷的利用也存在诸多障碍。
因此，开发一种能够高效回收污水中能源的新型水处理技术、实现污水“资源”的综合利用，对于实现建设资源节约型和环境友好型社会的要求具有重要意义。
微生物燃料电池（Microbial fuel cell，简称 MFC）是一种新型污水净化装置，它能够利用微生物降解污水中的有机物，同时将其中所蕴含的化学能直接转化为电能。
在 MFC 中，阳极生物膜氧化有机物所产生的电子直接传递至电极，电极在这里起到电子受体的作用。
因此，MFC 对有机物的降解既不同于好氧生物处理过程，也不同于厌氧生物处理过程。
与污水好氧生物处理工艺相比，MFC 的污泥产率仅为好氧生物处理过程的 1/5，因而大大降低了污泥处置成本（Logan，2007）。
与常规的厌氧生物处理工艺相比，MFC 的能量转化产物是易于被人们利用的电能，同时它在常温下即可运行，因而更具优势。
MFC 潜在的优越性使人们对它的发展前景充满关注，从而使 MFC 技术迅速成为环境领域的研究热点。